Technical Improvement for the Production of Water Soluble Fertilizer by Physical Mixing Process
Abstract：
The problems in the production of water soluble fertilizer by physical mixing method are analyzed, and the causes of product caking, uneven mixing of trace elements, flatulence of packaging bag, poor flow in silo and so on are identified. By reforming the production process, adding pre-mixers and dehumidifiers, and using pneumatic conveying equipment to transport crushed raw materials, the above problems are solved and the product quality of mixed water soluble fertilizer is improved.
随着水肥一体化技术在全国的大规模应用[1]，水溶肥的市场需求量越来越大。物理混配法生产水溶肥具有工艺简单、养分全面、浓度较高、配方灵活[2]等特点，是常用的生产工艺之一，其产品质量受原料配伍性、物理状态、含湿量、空气相对湿度、产品温度等因素的影响[3]。
某水溶肥项目生产流程见图 1，根据产品配方的不同要求，原料采用尿素、硫酸钾、磷酸二氢钾、磷酸一铵、硝酸钾、硫酸铵等，添加剂主要是防结块剂、中微量元素，生产得到的水溶肥产品呈粉状，大量元素的总质量分数≥50.0%，水不溶物的质量分数≤5.0%，水的质量分数≤3.0%。本文对该项目在生产调试过程中出现的问题和技术改造过程进行了总结。
图 1
1
生产中出现的问题及原因分析
1.1
产品结块
水溶肥产品库存1~2个月后，以及对外出口到达境外目的港后，都发现了结块现象，严重影响了产品质量和客户的信任。水溶肥从大气中吸收水分后，表面进行重结晶形成晶桥，产品储存或运输过程中会堆放一定的高度，物料之间相互挤压变得更加密实，晶桥连接作用进一步加强，时间长了就会出现产品结块。因此，需要对原料化学相容性和含湿量、空气相对湿度、防结块剂添加系统进行分析。
主要原料规格和相对临界湿度[4]见表 1。从化学成分看，几种原料是可以混配的，原料中水的质量分数均不超过1%，符合标准要求，但使用前应严格监测，确保含水量不超标。
表 1
|
原料 |
原料规格 |
相对临界湿度/% |
|
20 ℃ |
30 ℃ |
|
硫酸钾 |
w(K2O)=50%，
w(H2O)=1.0%，粉状 |
99.1 |
96.3 |
|
磷酸一铵 |
w(N)=12%，w(P2O5)=61%，
w(H2O)=0.5%，pH=4~5，粉状 |
97.8 |
91.6 |
|
磷酸二氢钾 |
w(P2O5 )=51.5%，w(K2O)=34%，
w(H2O)=0.2%，pH=4.4~4.8，粉状 |
98.0 |
92.9 |
|
尿素 |
w(N)=46%，w(H2O)=1.0%，
w(缩二脲)=1.5%，颗粒状 |
81.8 |
72.5 |
|
中微量元素 |
粉状 |
|
|
|
防结块剂 |
粉状 |
|
|
该项目现场空气相对湿度见表 2，年平均空气相对湿度为65%，年平均温度为20~32 ℃。
表 2
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月份 |
最低值 |
最高值 |
平均值 |
|
1月 |
28.5 |
84.7 |
60.6 |
|
2月 |
26.3 |
84.6 |
55.3 |
|
3月 |
26.3 |
85.2 |
49.1 |
|
4月 |
27.4 |
82.9 |
53.5 |
|
5月 |
29.8 |
84.2 |
51.4 |
|
6月 |
40.1 |
93.6 |
70.1 |
|
7月 |
43.4 |
96.8 |
77.8 |
|
8月 |
53.4 |
96.8 |
80.1 |
|
9月 |
48.2 |
95.3 |
76.4 |
|
10月 |
37.3 |
91.2 |
67.0 |
|
11月 |
35.9 |
90.8 |
64.5 |
|
12月 |
34.6 |
94.2 |
70.2 |
对比表 1、表 2数据可知，现场全年各月份最高空气相对湿度均高于尿素的相对临界湿度，其中6—9月最高空气相对湿度甚至高于磷酸一铵、磷酸二氢钾的相对临界湿度。这使得原料容易受潮结团，流动性变差。
为了避免对产品颜色均匀性可能造成的影响，项目设计时未考虑向产品中添加防结块剂，加大了产品结块的风险。
通过以上分析可知，解决水溶肥结块需要采取全过程、系统性的措施，即控制原料含水量和环境空气相对湿度、缩短原料与湿空气的接触时间、混合过程中使用热空气降低物料含湿量、添加防结块剂、包装袋采取防吸潮措施等。
1.2
微量元素混合不均匀
水溶肥产品中微量元素质量分数为0.2%~3.0%，也可根据市场和客户需求进行调整。生产中按要求添加微量元素后，水溶肥产品经常出现微量元素含量偏低、质量不达标的情况。
从物料平衡看，产品质量不合格的直接原因为微量元素在产品中分布不均匀。所有原料在混合前都已处理成粉状，不存在因粒度不匹配产生离析[5]导致养分不均匀的问题。由于中微量元素添加总量小，很难在设定时间内与混合机内的大量元素混合均匀。
1.3
包装袋胀气
产品存放一段时间后，出现包装袋胀气鼓袋的现象，运输过程中包装袋容易破裂。包装袋胀气说明有新的气体产生，且产生的气体无法向外释放。
从原料角度分析，各混配原料之间本身不会发生化学反应而产生气体。在曼海姆法硫酸钾生产过程中，需要添加碳酸钠中和产品中过量的游离酸。碳酸钠为固体，与硫酸钾中游离酸接触面积小，反应速率慢，当硫酸钾与其他原料混合得到水溶肥产品后，碳酸钠与游离酸的反应可能仍在进行，反应生成的二氧化碳在包装袋中积累以后，就可能出现胀气现象。在硝酸钾生产中，某些生产厂家会使用碳酸钾作防结块剂，硝酸钾进入呈微酸性的水溶肥以后，碳酸钾可能会与酸性物质发生化学反应产生二氧化碳，导致包装袋胀气。
1.4
产品在料仓内流动不畅
水溶肥进入锥形料仓后，出现流动不畅、物料起拱的现象，影响包装效率，延长了产品在料仓内的停留时间，增大了吸潮结块的风险。项目投运初期，生产车间没有安装除湿设备，加上料仓内物料相互挤压密实度大，容易造成物料起拱，影响其流动性。
2
解决方法和效果
2.1
产品结块解决措施
(1) 控制原料含水量：每批次原料含水量经检测合格后使用，生产中定期检测。
(2) 控制厂房内空气相对湿度：将厂房设置为全封闭车间；增设除湿机，将车间空气相对湿度维持在低于物料相对临界湿度以下；安装通风设施，将车间内粉尘浓度控制在标准要求值以下。
(3) 控制生产中物料吸潮：粉碎后的原料采用除湿后的压缩空气输送，减少物料在输送中吸湿；混合机中使用热风作为物料混合媒介，降低产品含湿量；混合完成后，向混合机内通入除湿压缩空气对物料进行冷却，防止自然冷却吸潮。
(4) 控制产品吸潮：采用聚乙烯(PE)袋或带内膜聚丙烯(PP)包装袋，PE袋和PP袋内膜采用热熔封口；产品生产后尽快完成包装，减少物料吸潮；保持库房干燥，运输途中做好防雨防潮保护。
(5) 防结块剂：向产品中添加防结块剂，防止结块。
通过这些组合措施，产品结块的现象很少再出现。
2.2
微量元素混合不均匀解决措施
颗粒掺混肥生产中常将某一种主要原料与其他物料团球后再与尿素、颗粒钾肥掺混[6]。该项目中，进入混合机的物料均为粉状，通过改造，采用了二次混合的方法解决微量元素混合不均匀的问题。第一次为预混合，添加剂(微量元素、防结块剂)先与磷酸二氢钾或磷酸一铵进行混合，得到的混合物料再与尿素、硫酸钾等进行第二次混合。通过二次混合，将微量元素均匀地分散到产品中。
2.3
包装袋胀气解决措施
对已经出现胀气现象的包装袋进行放气，避免包装袋裂口或爆袋。
对原料硫酸钾采取两方面的措施：①要求生产商在生产中按照硫酸钾中游离酸含量定量添加碳酸钠，不得过量；②硫酸钾购入后，先在库房存放1个月左右，再用于水溶肥生产。采用未添加碳酸盐防结块剂的硝酸钾作为生产水溶肥的原料。
水溶肥生产中采用以高分子表面活性剂为主要成分的防结块剂，不使用碳酸盐或者碱性防结块剂，防止与水溶肥中的少量酸性物料发生化学反应产生二氧化碳或水。
2.4
产品在料仓内流动不畅解决措施
在锥形成品料仓四面侧壁，分别安装3组助流气碟。仪表压缩空气通入助流气碟后，沿锥形壁喷出，可破坏产品在料仓内架桥起拱。
2.5
改造后的生产工艺流程
改造后的水溶肥生产流程见图 2。与改造前相比，主要是增加了1台预混合机、1台除湿机(非工艺设备，用于控制整个生产车间空气的相对湿度)以及采用气力输送设备代替斗提皮带输送机输送粉碎后的原料。
图 2
3
结语
(1) 严格控制原料含水量、设置除湿机、使用压缩空气输送原料、采用热空气作为物料混合媒介、向产品中添加防结块剂、采用聚乙烯包装袋、使用热熔法对包装袋封口等是解决水溶肥产品结块的有效措施。
(2) 二次混合是微量元素在水溶肥中混合均匀的有效措施。
(3) 避免原料硫酸钾中加入过量的碳酸盐、采用不含碳酸盐防结块剂的硝酸钾原料，是防止水溶肥产品包装袋出现胀气的重要措施。
(4) 在锥形产品料仓侧面安装助流气碟可破坏产品架桥起拱，防止堵料。
沪公网安备 31010702007066号